
- •4 Оглавление
- •Глава1.Температурныеполявтермическихсенсорах........................ 17
- •Глава2.Термочувствительныеэлементы 105
- •Глава3.Примерыпрактическойреализациитермическихсенсоров
- •Глава4.Взаимодействиеизлученияствердымтелом 183
- •Глава5.Фотоэлектрическиеприемникиизлучения.Определения
- •Глава6.Равновесныеинеравновесныеносители заряда 271
- •Глава7.Физическиеосновыработыфотонныхприемниковизлу-
- •Глава8.Основныенаправленияразвитиятехникирегистрацииоптическогоизлучения 411
- •Теплотаитемпература
- •Способы теплопередачи:теплопроводность
- •Уравнениетеплопроводности
- •Теплопроводностьгазов
- •Теплопроводностьитеплоемкостьтвердыхтел
- •Теплопроводностьжидкостей
- •1.3.Радиационныйспособтеплопередачи
- •Основныепонятияизаконы
- •Радиационныйтеплообменмеждутвердымителами,
- •Теплообменмеждудвумятелами,одноизкоторыхнаходится
- •Конвективныйтеплообмен
- •Основныеособенностиконвективноготеплообмена
- •Основныеуравненияконвективноготеплообмена
- •Критериитеорииподобия
- •Вынужденнаяконвекциядляплоскойповерхности
- •Теплообменвусловияхестественнойконвекции
- •Естественнаяконвекция
- •Примеррасчетаконвективноготеплообмена
- •Cтационарныетемпературныеполявэлементахтермическихсенсоровиактюаторов
- •Распределениетемпературы
- •Передачатеплачерезстенку
- •Электростатическаяаналогияуравнениятеплопроводности
- •Тепловоесопротивлениесоставнойтеплопроводящейпла-стины.
- •Параллельное соединение двух разнородных тепловых
- •Температурноеполевинтегральнойконсольнойбалочке
- •Стационарноетемпературноеполевкруглойдиафрагме
- •Однородныйнагрев
- •Точечныйисточниктепла
- •Температурнаядинамикаэлементовтермическихсенсоров
- •Решениенаосновеэлектростатическойаналогии
- •Аналитическоерешениедлятеплообмена
- •2.1.ТермочувствительныеэлементынаосновеэффектАтермоЭдс
- •Физическиепроцессывтермопарах
- •ОбъемныесоставляющиетермоЭдс
- •КонтактнаясоставляющаятермоЭдс
- •2.1.2.Эффекттермоэдсвметаллахиполупроводниках
- •Термоэлектрическиеэффектыпельтьеитомсона
- •Терморезисторы
- •Металлическиетерморезисторы
- •Кремниевыетерморезисторы
- •Транзисторы
- •Термисторы
- •Термическийвакуумметр
- •Термическиесенсорыпотокагаза
- •Термоанемометры
- •Термоанемометрыснагревателемизполикристаллическогокремния
- •Термическийсенсор,чувствительныйкнаправлениюпотока
- •VXSxuxSxucos;
- •Термическийконверторсреднеквадратичногозначениянапряжения
- •Биморфныйтермомеханическийактюатор
- •Взаимодействиеизлучениясполупроводниками
- •Уравнениямаксвелла
- •Отражениеэлектромагнитногоизлученияотграницыразделадвухсред
- •Зависимостьоптическихконстантотчастоты
- •Интерференция.Просветляющиепокрытия
- •Поглощениевполупроводниках
- •Механизмыпоглощениясветавполупроводниках
- •Собственноепоглощение.Прямыепереходы
- •СобственноепоглощениеНепрямыепереходы
- •Экситонноепоглощение
- •Примесноепоглощение
- •Внутризонноепоглощение
- •Поглощениесвободныминосителямизаряда
- •Решеточноепоглощение
- •Приемникиизлучения
- •Поотношениюксопротивлениюнагрузки:
- •Методыизмеренияпараметровфотоэлектрическихполупроводниковыхприемников
- •0,1Fрезfэкв0,2fрез,
- •Энергетическиехарактеристикиизлучения
- •IbAcos.
- •IBdAcos,
- •Мощностьиспектральныйсоставизлученияабсолютночерныхтел
- •Энергетическийисветовойпотокиизлучения
- •Цветовоезрение
- •Xyz(условныеобозначениясм.Нарис.5.18):
- •Приемцветногоизображенияприпомощиприемников
- •650Нмсераялиния
- •Равновесныеинеравновесныеносителизаряда
- •Равновесныеносителизарядавполупроводниках
- •Неравновесныеносителизарядаквазиуровеньферми
- •Рекомбинацияносителейзарядавремяжизни
- •1Nстt
- •Механизмырекомбинации
- •Излучательнаярекомбинация
- •Imax 2g
- •Межзоннаяоже-рекомбинация
- •Рекомбинациячерезлокальныецентры
- •Поверхностнаярекомбинация
- •Распределениенеравновесныхносителейзаряда
- •Уравнениянепрерывностидляэлектроновидырок
- •Диффузионноеуравнение
- •Лавинныефотодиоды
- •Фотосопротивления
- •Фотоприемникинаосновеструктурметалл–диэлектрик–полупроводник
- •Приповерхностныеобластипространственногозаряда
- •10 Blip 10
- •Целипримененияоптическихсистемиихстроение
- •Болометрическиематрицы
- •Принципдействияихарактеристикитепловыхприемниковизлучения
- •Параметрытпи
- •Болометры
- •Линейчатыеиматричные
- •Составипринципработыизмерительногостенда
- •–Осьлинейкифотоприемников(лфп)иЛфпу;
- •Характеристикилинейчатыхфотоприемныхустройств
- •Тепловизионныематрицы
- •Линейчатыеиматричныепзи-приемникиизображениянаосновеInAs
- •Преобразованиесветовогопотокавцифровуюинформацию
- •Оцифровываниесигнала
- •Приборы,отображающиеоптическуюинформацию
- •ВикторАлексеевичГридчин,ИгорьГеоргиевичНеизвестный,ВладимирНиколаевичШумский физикамикросистем
- •Часть2Учебноепособие
- •630092,Г.Новосибирск,пр.К.Маркса,20
Методыизмеренияпараметровфотоэлектрическихполупроводниковыхприемников
ИзмеренияпараметровФЭППмогутпроизводитьсянанемодули-рованном,модулированномиимпульсномизлучении.Измеренияшу-ма,пороговогопотокаиобнаружительнойспособностипроводятсятолькоприиспользованиимодулированногоизлучения.
ИЗМЕРЕНИЕТЕМНОВОГО,ОБЩЕГОТОКАИФОТОТОКА
Измеренияпроводятпосхеме,изображеннойнарис.5.3.Источникизлучениявыбираютисходяизобластиспектральнойчувствительно-стиирежимаработыФЭПП.ДляФЭПП,чувствительныхввидимойобластиспектра,используютлампунакаливаниясцветовойтемпера-туройTc2856100К,дляФЭППсчувствительностьювинфракрас-нойобластиспектра–полыеизлучатели,моделиАЧТстемпературойполостиTАЧТ127315КиTАЧТ5002К.
Всостависточниковизлучениямогутвходитьтакжеоптическиеэлементы:зеркала,линзы,объективы,аттенюаторыит.д.Темновой
4
1 2 5 6
3
Рис.5.3.Схемаизмерениятоков:
1–источникизлучения;2–ФЭПП;3–светозащитныйэк-ран;4–измерительтока;5–измерительнапряжения;6–источникпитания
токизмеряетсяприполнойэкранировкеФЭППотизлучения,затемизмеряетсяполныйток,текущийчерезФЭППприпадениинанегоизлучения,афототокопределяетсякакIфIобщIт.
РАСЧЕТПОТОКАИЗЛУЧЕНИЯИСТАТИЧЕСКОЙТОКОВОЙЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Статическаятоковаячувствительностьопределяетсяпоизмерен-номуфототокуирассчитанномупотокуизлучения:
SIIфФ,
гдеФ–потокизлучения,измеренныйвваттах(Вт)дляэнергетическойсистемыивлюменах(лм)дляфотометрическойсистемы.
Потокизлученияприиспользованиилампынакаливанияиаппара-туры,невключающейвсебяоптическиеэлементы,вычисляетсяпоформуле
ФЕАэф
(лм),
где
Аэф
–эффективнаяплощадьФЭПП,м2;Е–освещенность,изме-
ряемаявлюксах(лк)ивычисляемаяпоформуле
2
EIсвl,
гдеl–расстояниемеждуцентромтеланакалаисточникаиплоско-
стьюфоточувствительногоэлементаФЭПП;
ряемаявканделах(кд).
Iсв
–силасвета,изме-
ПотокизлученияприиспользованиимоделиАЧТрассчитывается
поформуле
1Т42Т4АэфF
1 2
2
Фэl
(Вт),
где
1,2
–коэффициентизлученияполостиАЧТидискамодулятора
соответственно;
4
Т
1,2
–температураполостиАЧТидискамодулятора
соответственно;F–площадьотверстиядиафрагмы,м2.
Вслучаемодуляциипотокаизлученияегодействующеезначение
рассчитываетсякак
Фэ1Фэβ,где–коэффициентмодуляции,ко-
торыйдляэлектромеханическихмодуляторовсвращающимисядис-камиспрорезямизависитотформыпрорезииееразмераизадаетсятаблично.
ИЗМЕРЕНИЕНАПРЯЖЕНИЯ(ТОКА)ФОТОСИГНАЛАИНАПРЯЖЕНИЯ(ТОКА)ШУМАФЭПП
Дляпроведенияуказанныхизмеренийиспользуетсясхема,изобра-женнаянарис.5.4.
1 2 3 4
5 6
Рис.5.4.Схемаизмерениянапряжения(то-ка)фотосигналаинапряжения(тока) шума:
1–источникизлучения;2–модулятор;3–ФЭПП;4–усилительноеустройство;5–источ-никпитания;6–регистрирующееустройство
Обычнодлямодуляциипотокаизлученияприменяютэлектромеха-ническиемодуляторысвращающимисядискамии100%-йглубиной
модуляции.Частотамодуляциидолжнабытьравна
fмод80012
Гц.
Конструкциямодуляторадолжнабытьтакой,чтобызаконизмененияпотокаприближалсяксинусоидальному.Вкачествеусилительныхуст-ройствприменяюткакселективные,такиширокополосныеусилители.
Еслиприменяетсяселективныйусилитель,тооннастраиваетсяначастотумодуляциипотокаизлучения.Эквивалентнаяшумоваяполоса
пропусканияусилителя(fэкв)должнаудовлетворятьусловию